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近年来,随着移动终端数量和移动数据流量的爆炸式增长,无线随机接入网络面临着前所未有的压力和挑战。如何使移动终端快速接入到移动网络中显得至关重要。在随机接入网络中,介质访问控制层(MAC层)规定了终端发送的数据包在无线链路(或信道)上的信道侦听机制和退避接入机制等传输规则,MAC层接入算法的性能直接影响着各终端的数据包能否有效地在网络中传输。因此,设计高效的MAC层接入算法是十分有必要的。 在随机接入网络的MAC层中,IEEE802.11分布式协调功能(DCF)是目前最常见的工作模式。802.11 DCF采用了载波侦听多路访问/碰撞避免(CSMA/CA)以及二进制指数退避(BEB)协议来减少各终端间数据包的碰撞。由于BEB协议的性能远不能达到最优,很多学者对其进行了大量的研究和改进。 本文创新性地利用随机接入网络系统内各终端成功发送数据包的顺序信息,通过维护终端ACK计数器的值,对基于竞争的无线随机接入网络的MAC层设计了三种接入协议。文中对三种协议用概率论和排队论等知识进行了理论分析,并分别作了仿真。全文的主要贡献如下。 首先,本文提出了一个基于ACK信号计数的半确定性自适应接入协议(ASDA协议)。假设每个终端均维护着自己的ACK计数器。本文巧妙地设计了一种ACK计数器计数的算法,并发现当网络系统中所有终端均成功发送数据包后,各终端的ACK计数器的值将各不相同。文中以各终端内互不相同的ACK计数器的值作为其各自的退避时长,设计了MAC层的退避算法。然而当系统处于非饱和状态时,某些终端的ACK计数器的值可能会过大从而导致退避时间过长。基于此,文中设置了一个阈值,当ACK计数器的值超过该阈值时,终端即进行随机退避,从而使新协议兼顾了系统内各终端的公平性。仿真结果展示出ASDA协议具有很高的性能。 接着,本文再次对网络系统中各终端成功发送数据包的顺序,即接入点(AP)反馈的ACK信号的顺序进行了更加深入的探究。文中设计了一种新的ACK计数器的计数算法。当网络系统中所有终端均成功发送数据包后,各终端ACK计数器的值将互不相同,且在0到N-1(N为网络系统内的终端个数)之间变化,从而避免了ASDA协议中可能出现的某些终端ACK计数器的值过大的问题。以各终端的ACK计数器的值作为其各自的退避时长,本文设计了基于ACK信号计数的自适应确定性接入协议(AAD协议)。由于各数值是互不相同的,故而系统实现了确定性退避。通过马尔科夫链建模,本文证明了AAD协议的公平性。仿真结果展示出了AAD协议的高效性。 最后,本文设计了邻站感知多址接入协议(NAMA协议)。NAMA协议可分为两个阶段,即完全随机接入和转变过程,以及完全确定性接入阶段。NAMA协议仍需采用ACK计数器的计数过程,该计数算法与AAD协议相同。处在确定性接入组中的终端具有发送优先级。通过ACK计数器的值,NAMA协议决定了在转变过程和完全确定性接入过程中处于确定性接入组的终端的发送顺序。在转变过程中,待确定性接入组中的终端发送完毕后,处在随机接入组中的终端以传统的BEB协议竞争信道。在转变过程的每个时隙组中均会有一个终端从随机接入组进入确定性接入组中,整个网络系统逐渐由完全随机接入转变为完全确定性接入。仿真结果展示出NAMA协议在转变过程中各项网络指标的渐变性,以及在确定性接入阶段时的高效性。